RU2680960C2 - Автоматизированное устройство для очистки природных и сточных вод, содержащих радиоактивные загрязнения - Google Patents
Автоматизированное устройство для очистки природных и сточных вод, содержащих радиоактивные загрязнения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680960C2 RU2680960C2 RU2016150858A RU2016150858A RU2680960C2 RU 2680960 C2 RU2680960 C2 RU 2680960C2 RU 2016150858 A RU2016150858 A RU 2016150858A RU 2016150858 A RU2016150858 A RU 2016150858A RU 2680960 C2 RU2680960 C2 RU 2680960C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cleaning
- radioactive
- filter
- automated device
- control
- Prior art date
Links
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 title claims abstract description 7
- 238000011109 contamination Methods 0.000 title description 3
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 claims abstract description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 229910052621 halloysite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000008213 purified water Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000004886 process control Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 claims abstract 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 10
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 8
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 2
- 239000008239 natural water Substances 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 10
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 7
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 abstract description 4
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 11
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 9
- HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N aluminum;trihydroxy(trihydroxysilyloxy)silane;hydrate Chemical compound O.[Al].[Al].O[Si](O)(O)O[Si](O)(O)O HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 7
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 5
- -1 cesium ions Chemical class 0.000 description 5
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 5
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 5
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 2
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010857 liquid radioactive waste Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 102200052313 rs9282831 Human genes 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 229910001427 strontium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 2
- ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 232Th Chemical compound [232Th] ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- 206010000372 Accident at work Diseases 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 241000556204 Huso dauricus Species 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052776 Thorium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- JYIBXUUINYLWLR-UHFFFAOYSA-N aluminum;calcium;potassium;silicon;sodium;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Na].[Al].[Si].[K].[Ca] JYIBXUUINYLWLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M caesium chloride Chemical compound [Cl-].[Cs+] AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910001603 clinoptilolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005115 demineralization Methods 0.000 description 1
- 230000002328 demineralizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 1
- 238000010616 electrical installation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N h2o hydrate Chemical compound O.O JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000010603 microCT Methods 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 230000001343 mnemonic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000000941 radioactive substance Substances 0.000 description 1
- 229910052705 radium Inorganic materials 0.000 description 1
- HCWPIIXVSYCSAN-UHFFFAOYSA-N radium atom Chemical compound [Ra] HCWPIIXVSYCSAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
- G21C19/28—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core
- G21C19/30—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps
- G21C19/307—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps specially adapted for liquids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/02—Hollow fibre modules
- B01D63/024—Hollow fibre modules with a single potted end
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/02—Hollow fibre modules
- B01D63/04—Hollow fibre modules comprising multiple hollow fibre assemblies
- B01D63/043—Hollow fibre modules comprising multiple hollow fibre assemblies with separate tube sheets
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области разработки методов и устройств очистки низкоактивных поверхностных и сточных вод (ПВ и СВ). Автоматизированное устройство для очистки ПВ и СВ, содержащих радиоактивные микрозагрязнения, содержит емкость для сбора очищенной воды, фильтр для очистки ПВ и СВ от радиоактивных микрозагрязнений, систему трубопроводов с насосами, воздухопровод для подачи сжатого воздуха на стадии регенерации фильтрующих материалов, отличающееся тем, что в состав устройства дополнительно входят фильтрующие элементы на основе нанокомпозиционного материала, изготовленного методом спекания из порошкообразного СВМ ПЭ с добавкой наполнителя - галлуазита в концентрации не более 3% (мас.), автоматическая система управления технологическим процессом. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки ПВ и СВ от радиоактивных микрозагрязнений, повысить уровень радиационной безопасности персонала. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.
Description
Изобретение относится к области разработки методов и устройств очистки низкоактивных поверхностных и сточных вод, содержащих радиоактивные загрязнения, в условиях техногенных катастроф и чрезвычайных ситуаций, а также систем контроля и управления, обеспечивающих процесс эксплуатации указанных устройств, и может быть использовано в атомной науке и технике, коммунальном хозяйстве, на транспорте.
Поверхностные и сточные воды (ПВ и СВ, соответственно) могут содержать радиоактивные примеси естественного и искусственного происхождения. Естественной радиоактивностью воды обогащаются, проходя через породы, содержащие радиоактивные элементы (изотопы урана, радия, тория, калия и проч.). Радиоактивные загрязнения искусственного происхождения попадают в ПВ и СВ в результате деятельности промышленных предприятий, исследовательских и медицинских учреждений. ПВ также загрязняется солями радиоактивных элементов в результате техногенных катастроф на АЭС и чрезвычайных ситуаций.
Известен способ обезвреживания маломинерализованных жидких радиоактивных отходов (ЖРО) мембранно-сорбционным методом в полевых условиях [Патент РФ №2391727 МПК G21F 9/04 Дата приоритета 08.12.2008; Патент РФ №2412494. МПК G21F 9/04 Дата приоритета 01.12.2009], включающий технологические стадии очистки на механических и ультрафильтрах, обессоливание на обратноосмотических фильтрах и доочистку на ионитовых фильтрах с доупариванием образующихся радиоактивных концентратов до насыщения по солям при температуре менее 100°C в емкости и последующим включением насыщенных солевых концентратов в портландцементы. Дополнительно производят очистку отходов от радионуклидов на фильтрах селективными сорбентами с защитой от ионизирующего излучения.
Недостатками известного способа являются многостадийность, низкая производительность, высокие затраты энергии, сложность в эксплуатации, низкая продолжительность фильтроцикла, отсутствие автоматизированной системы управления (АСУ) и возможности эксплуатации устройства в дистанционном режиме.
Указанные недостатки обусловлены наличием стадии доупаривания, низкой сорбционной емкостью ионитовых и обратноосмотических фильтров, и селективных сорбентов.
Известен способ и устройство для удаления ионов стронция из водных растворов [Европейская патентная заявка №0244922 (А1) (ЕРА). МПК4 G21F 9/12. Дата приоритета - 06.01.1987], включающий контейнер, твердые частицы цеолита, по крайней мере, частично заполняющие контейнер, средство для постоянного впуска водного раствора в контейнер к верхней части цеолита, микропористый фильтр внутри цеолита, расположенный под водным раствором в контейнере, и средство для прохождения водного раствора через микропористый фильтр и из контейнера. Предложен метод удаления ионов стронция из водного раствора, содержащего твердые частицы загрязнений, путем корректировки рН водного раствора от 6,5 до 7,5, предварительной промывки цеолита раствором соли натрия, и пропусканием водного раствора сквозь предварительно смоченный цеолит, а затем через пористый фильтр. Показано, что максимальной сорбционной емкостью по ионам стронция и цезия обладает клиноптилолит производства компании Tenneco Minerals (ранее - Phelps Dodge Zeolites).
Недостатками известного способа является отсутствие в составе устройства АСУ технологическими процессами (ТП), протекающими при очистке ПВ и СВ от ионов стронция и цезия, неконтролируемым распределением в объеме устройства частиц цеолита, низкой продолжительностью фильтроцикла.
Указанные недостатки обусловлены тем что, известное устройство представляет собой нутч-фильтр, особенностью фильтроцикла в котором является создание намывного фильтрующего слоя из нано-/микрочастиц цеолита на поверхности пористого фильтра, отсутствием рассмотрения возможности применения высокоэффективных силикатных добавок нового поколения на основе природных минералов (галлуазит) для поглощения ионов стронция и цезия.
Известен способ очистки воды водоема, загрязненного радиоактивными и вредными химическими веществами [Патент РФ №2455716 МПК G21F 9/04 Дата приоритета - 09.02.2011]. Известный способ состоит из следующих технологических операций: забор исходной воды, ее предварительная очистка и основная очистка методом двухступенчатого обратного осмоса с получением фильтрата, направляемого потребителю в качестве очищенной воды, и концентрата, возвращаемого в водоем.
Недостатками известного технического решения являются низкий уровень радиационной безопасности обслуживающего персонала, обусловленный необходимостью управления ТП в «ручном» режиме, отсутствие автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП), низкая продолжительность фильтроцикла, экологическая опасность при эксплуатации ТП, обусловленная сливом радиоактивного рассола в окружающую среду.
Указанные недостатки обусловлены принципом действия и низкой сорбционной емкостью обратноосмотических мембран, примененных в устройстве для очистки ПВ и СВ, содержащих радиоактивные микрозагрязнения, недостаточным уровнем автоматизации ТП в целом.
Известен способ и устройство для удаления железа из водных сред [Международная заявка WO 9710047 (А1). МПК B01D 39/06; B01D 39/16; B01D 61/14; B01D 63/06; B01D 71/26; C02F 1/44; G21C 19/307; (IPC1-7): B01D 71/26; C02F 1/44. Дата приоритета - от 13.09.1996], который включает фильтр на основе пористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМ ПЭ). Фильтр состоит из корпуса, в которой может быть установлен, по крайней мере, один фильтрующий элемент из СВМ ПЭ и устройство для деминерализации воды (ионно-обменная смола). Структура фильтра на основе пористого СВМ ПЭ должна представлять собой систему взаимосвязанных пор и каналов размерами от 0,001 до 10 мкм. Фильтр применяется для очистки воды от примесей железа в первом контуре водо-водяного реактора.
Недостатками известного способа и устройства являются: отсутствие АСУ ТП, сложная конструкция устройства, включающего полимерный фильтр и ионно-обменную смолу.
Указанные недостатки обусловлены тем, что известное устройство является частью системы водоочистки и водоподготовки для первого контура водо-водяного реактора.
Наиболее близким, по технической сути, к заявляемому устройству, является аппарат для фильтрации воды на атомных электростанциях (АЭС), содержащей радиоактивные загрязнения [Патент США 4,756,875. МПК4 G21C 19/30; B01D 39/02. НПК 376/313; 376/310; 210/500.23. Дата приоритета - 07.08.1986], в котором известное устройство состоит из цилиндрического корпуса, крышки с выходным фланцем для трубопровода очищенной воды, трубопровода для ввода ПВ и СВ, содержащих радиоактивные загрязнения, и воздухопровода для подачи сжатого воздуха. Крышка эллиптической формы отделена от корпуса фильтра плитой, к которой прикреплены многочисленные цилиндрические трубки. Внутри каждой цилиндрической трубки подвешены пучки полых ПЭ перфорированных волокон U-образной формы, содержащих поры с диаметром 0,1 мкм, причем оба конца ПЭ-волокна прикреплены изнутри объема цилиндрической трубки к плите. Пространство между крышкой и плитой представляет собой сборник очищенной воды, куда она поступает, пройдя сквозь микропоры и полую часть волокна, откуда затем выводится наружу через трубопровод, прикрепляемый к выходному фланцу.
Недостатками известного устройства являются стационарное исполнение, отсутствие АСУ ТП, сложность в эксплуатации, низкая продолжительность фильтроцикла, невозможность извлечения катионов радиоактивных элементов, растворенных в СВ.
Указанные недостатки обусловлены тем, что известное устройство предназначено для очистки воды на АЭС методом фильтрации, и раскрытая конструкция фильтра, возможно, является частью системы водоочистки и водоподготовки ядерной энергетической установки (ЯЭУ). Низкая продолжительность фильтроцикла обусловлена возможностью забивки микропор фильтрующего материала частицами загрязнений. Отсутствие сорбентов в конструкции известного устройства не позволяет осуществлять удаление катионов радиоактивных элементов, растворенных в очищаемых ПВ и СВ.
Технической задачей заявленного устройства является повышение эффективности очистки ПВ и СВ от радиоактивных микрозагрязнений, повышение уровня радиационной безопасности персонала при эксплуатации аппаратного комплекса, упрощение технологического процесса очистки, устранение недостатков, присущих устройствам по прототипу, а именно: применение только метода фильтрации для очистки ПВ и СВ от радиоактивных микрозагрязнений, и «ручной» режим управления устройством во время проведения ТП;
Для решения указанной технической задачи в устройстве, содержащем емкость для сбора очищенной воды, фильтр для очистки ПВ и СВ от радиоактивных микрозагрязнений, систему трубопроводов для подачи загрязненной и отвода очищенной воды, воздухопровод для подачи сжатого воздуха на стадии регенерации фильтрующих материалов, введены новые элементы:
- на стадии очистки применяются фильтрующие элементы на основе наноком позиционного материала, изготовленного методом спекания из порошкообразного СВМ ПЭ с добавкой наполнителя - галлуазита в концентрации в пределах не более 3% (масс), пористая структура которого представляет собой систему взаимосвязанных щелевидных микропор размером от 1 до 10 мкм, а сама очистка ПВ и СВ осуществляется методом сорбционной микрофильтрации;
- для управления устройством в дистанционном режиме и повышения уровня радиационной безопасности обслуживающего персонала в состав устройства - аппаратно-технического комплекса введена АСУ ТП,
- для обеспечения мобильности устройство смонтировано на передвижной платформе.
В заявляемом устройстве на стадии очистки используют фильтр на основе композиционного пористого материала, полученного путем спекания смеси из порошкообразного СВМ ПЭ/галлуазит (3% (масс.)), который предназначен для очистки ПВ и СВ от наиболее часто встречаемых и самых опасных для человека видов радиоактивных микрозагрязнений: изотопов стронция и цезия, - как посредством захвата частиц загрязнений в микропоры, так и путем замещения катионов кальция в кристаллической решетке галлуазита катионами стронция и цезия, содержащихся в составе ПВ и СВ, поступающих на очистку. Следовательно, применяемый в устройстве фильтрующий материал на основе пористого СВМ ПЭ является многофункциональным и позволяет одновременно реализовывать два механизма очистки ПВ и СВ от радиоактивных микрозагрязнений: фильтрационный и сорбционный, что позволяет достичь технического результата в виде создания эффективного устройства очистки воды.
Таким образом, введение в конструкцию устройства следующих новых элементов:
- фильтрующих элементов на основе композиционного пористого материала, изготовленного методом спекания из порошкообразного СВМ ПЭ с добавкой наполнителя - галлуазита в концентрации не более 3% (масс), пористая структура которого представляет собой систему взаимосвязанных щелевидных микропор размером от 1 до 10 мкм;
- применения метода сорбционной микрофильтрации;
- применения АСУ ТП,
- размещения устройства на передвижной платформе для обеспечения его мобильности,
- позволяет достичь заявляемого технического результата: повышения эффективности очистки ПВ и СВ от радиоактивных микрозагрязнений и повышения уровня радиационной безопасности персонала при эксплуатации устройства, а также упрощения ТП.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
Фиг. 1 Чертеж общего вида устройства для очистки природных и сточных вод от радиоактивных загрязнений: 1 - блок управления, 2-5 - емкости C1-С4, 6-9 - насосы H1-Н4
Фиг. 2 Схема принципиальная комбинированная автоматизированного устройства для очистки природных и сточных вод, содержащих радиоактивные микрозагрязнения: 1 - блок управления; 2-5 - емкости C1-С4; 6-9 - насосы H1-Н4, 10-19 - клапаны электромагнитные К1-К10, 20 - клапан регулирующий К11, 21-25 - клапаны обратные К01-К05, 26-30 - вентили ручные B1-В5, 31 - расходомер РР, 32-36 - манометр ДД1-ДД5, 37-40 - уровнемеры ДУ1-ДУ4, 41, 42 - фильтры Ф1, Ф2
Фиг. 3 Электронное изображение пористой микроструктуры фильтрующего материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с добавкой 3% галлуазита, полученное методами растровой электронной микроскопии (а) и рентгеновской компьютерной микротомографии (б). Белые точки на рисунке (б) обозначают частицы наполнителя. Реконструкция распределения частиц галлуазита в объеме спеченного пористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена (в) и функция распределения частиц галлуазита по размерам в исследованном образце фильтрующего материала (г)
Как следует из Фиг. 1, 2, устройство предназначено для очистки ПВ и СВ от содержащихся в них радиоактивных микрозагрязнений, присутствующих как в виде механических примесей, так и растворенных в ней солей радиоактивных элементов.
Устройство представляет собой мобильную систему из модульных конструкций, в состав которой входят непосредственно сам модуль очистки, технологические емкости, защитный металлический контейнер, модуль управления.
Модуль очистки представляет собой комплекс оборудования, а именно насосы, фильтры, соединенные между собой посредством трубопроводов. Все оборудование установлено на платформе, перемещение которой возможно с помощью вилочного погрузчика.
Технологические емкости C1, С4 (Фиг. 1, Фиг. 2) предназначены для промежуточного аккумулирования неочищенной и очищенной воды. Технологические емкости соединены с модулем очистки посредством трубопроводов. Промежуточные емкости (С2 и С3) установлены на платформе, перемещение которой возможно с помощью вилочного погрузчика. Емкости С1 и С4 установлены в защитном контейнере.
Защитный контейнер представляет собой модернизацию стандартного контейнера УК-3 и предназначен для радиационной защиты обслуживающего персонала от воздействия ионизирующих излучений (ИИ).
Модуль управления предназначен для контроля и управления технологическим процессом очистки воды.
Схема комбинированная принципиальная устройства представлена на Фиг. 2.
В таблице 2 приведены сведения о применяемом в составе устройства оборудовании.
Электропитание устройства должно осуществляться от источника переменного тока с напряжением 230 В и частотой (50±1) Гц.
Устройство должно устанавливаться на заранее подготовленной горизонтальной площадке. Решение о возможности установки на грунт принимается на основе данных о технических характеристиках грунта.
Функциональная структура АСУ ТП включает в себя следующие функциональные подсистемы:.
а) информационные, в том числе:
- подсистему автоматического централизованного контроля;
- подсистему ситуационного анализа;
- подсистему оперативного отображения и регистрации хода технологического процесса;
б) управляющие, в том числе:
- подсистему автоматического регулирования;
- подсистему дискретного логического управления, включая автоматическую реализацию задаваемой циклограммы работы установки;
- подсистему дистанционного управления;
в) вспомогательные, в том числе:
- подсистему диагностики.
Подсистема автоматического централизованного контроля предназначена для приема аналоговых и дискретных сигналов от датчиков, установленных на технологическом оборудовании. Первичная обработка информации, поступающей от датчиков, производится программируемым логическим контроллером (ПЛК) и включает в себя нормализацию, усреднение и анализ достоверности измеренных значений параметров. Цикл опроса параметров должен быть не более 0,5 сек.
Подсистема оперативного отображения и регистрации хода ТП предназначена для отображения информации о ходе ТП на экране видеотерминала в виде:
- фрагментов мнемосхем с цифровыми индикаторами для представления численных значений технологических параметров, индикаторами нарушения норм технологического режима (НТР) и индикаторами состояния технологического оборудования;
- таблиц текущих значений технологических параметров;
- графиков изменения технологических параметров в режиме «реального времени»;
- панелей управления регуляторами и оборудованием.
Время реакции системы на изменение состояния ТП - не более 1 сек.
Подсистема оперативного учета работы устройства обеспечивает реализацию следующих функциональных задач:
- архивирование информации (хранение не менее 30 суток);
- регистрацию нарушений норм технологического режима;
- регистрацию состояния оборудования;
- формирование выходных документов.
Подсистема автоматического регулирования и подсистема дискретного логического управления предназначены для реализации задач автоматического управления заданным стационарным режимом работы и автоматической аварийной защиты оборудования. Подсистема обеспечивают безударный переход с автоматического режима работы на ручной и обратно.
Подсистема дистанционного управления предназначена для пуска оборудования, переключения агрегатов и узлов и останова процесса. При этом АСУ переводится в информационный режим работы.
Подсистема диагностики предназначена для непрерывного контроля, за состоянием комплекса технических средств АСУ. Основной задачей подсистемы является надежное и своевременное выявление, сигнализация и регистрация сбоев и отказов аппаратных средств АСУ.
Все регистрируемые параметры процесса должны выводиться на экран переносного промышленного компьютера. Должна быть предусмотрена возможность вывода необходимой информации на бумажный носитель.
Вся информация, представляемая на экран должна отражаться на русском языке и в реальном режиме времени. Допускается использовать условные обозначения и аббревиатуры на иностранном языке, только если они приняты на международном уровне. Общие эргономические требования к представлению информации устанавливаются согласно ГОСТ 21829-76.
Система фиксирует показания всех приборов, установку параметров ТП, изменения, вносимые оператором.
Система оснащена средствами физического и программного ограничения доступа.
Система позволяет сохранять технологические параметры и режимы в виде программ.
Система является наглядной и удобной в использовании, исключает двоякость толкования выводимой на экран монитора информации.
Система оснащена автономным источником питания, который позволяет поддерживать ее автономную работоспособность в течение 1 (одного) часа.
Система управления устройством позволяет осуществлять аварийную остановку всех процессов, как с пульта управления, так и нажатием кнопок аварийной остановки, находящихся во всех модулях.
При эксплуатации устройства предусмотрена возможность ручного управления, индикация работы насосов, регистрация значений с датчиков давлений, сигналов с датчиков уровня.
Электромонтаж АСУ выполнен с учетом требований ГОСТ Р 51330.10-99. Основной функцией программы, обеспечивающей функционирование АСУ ТП устройства, является автоматизированное управление исполнительными механизмами испытательного стенда для очистки воды от механических примесей, а также растворенных в ней солей радиоактивных элементов.
Основная задача вызываемой программы управления (версия 1.0) - безаварийное ведение процесса очистки воды.
Программа управления реализует следующие функции:
- сбор и обработка технологических параметров, предоставленных аналоговыми сигналами;
- сбор и обработка технологических параметров, параметров состояния оборудования и исполнительных механизмов, предоставленных дискретными сигналами, в том числе о неисправности и неготовности устройств;
- программно-логическое управление пуском, остановом;
- предаварийный автоматический останов технологических объектов по сигналам устройств защиты или по команде оператора;
- экстренный останов по команде оператора;
- регламентный останов по команде оператора.
К классам задач, решаемым программой управления в процессе эксплуатации устройства, относится задача обеспечения возможности функционирования устройства в следующих режимах: «Подготовка к работе», «Работа», «Кратковременная остановка», «Промывка фильтра Ф1», «Промывка фильтра Ф2», «Полная штатная остановка», «Переполнение».
В состав используемых технических средств входит персональный компьютер на базе процессора Intel Corel i3 и выше, ОЗУ не менее 1 Гб, 256 Мб видеопамяти, наличие свободного места на жестком диске 500 Мб.
Для подготовки установки к работе необходимо выполнить следующие мероприятия:
1 Подготовить площадку для установки платформы с устройством.
2 Разместить устройство на площадке.
3. Подключить устройство к источнику электрического питания.
4 Проверить исправность заземления.
5 Подключить стенд к системе электропитания.
6 Осуществить запуск системы управления.
7 Проверить исправность всех систем устройства.
8 Осуществить настройку всех ТП путем ручного ввода в АСУ требуемых значений параметров, определяющих функционирование программы управления.
9 Регулирование работы АСУ осуществлять по мере необходимости. Величина значения того или иного параметра зависит от условий эксплуатации, в том числе, - от состава ПВ и СВ, подвергаемых очистке.
10 В процессе эксплуатации возможны следующие режимы работы устройства:
10.1 Режим «Подготовка к работе».
1) Заполнить емкость С1 очищаемой ПВ и/или СВ до срабатывания ДУ1
2) Вручную открыть вентиль В1.
3) Вручную закрыть вентили В2, В3, В4.
4) Открыть клапаны К1, К3, К5.
5) Закрыть клапаны К2, К4, К9, К10, К6, К7, К8, К11.
10.2 Режим «Работа».
1) Включить насос H1.
2) Вручную открыть вентиль В2.
3) Вручную закрыть вентиль В1.
4) После достижения заранее заданной величины давления в ДД1, через заранее заданный оператором интервал времени (от 0,1 до 2,0 мин), открыть К6, К11.
5) Через две секунды включить насос Н3.
Продолжительность работы насоса заранее устанавливается оператором.
10.3 Режим «Промывка фильтра Ф1» (только из режима «Работа»)
При превышении давления, диагностируемого датчиком ДД1 над величиной давления, регистрируемого датчиком ДД2 на величину, указанную оператором, или по команде оператора:
1) Выключить насос H1.
2) Открыть К2, К9.
3) Закрыть К1, К3, К5, К8, К10, К11.
4) Через 2 секунды включить насос Н2 либо на время, заданное оператором, либо до срабатывания ДУ4.
10.4 Режим «Промывка фильтра Ф2» (только из режима «Работа»).
В случае превышения давления ДД2 над величиной давления, регистрируемой ДД3, на величину, указанную оператором, или по команде оператора:
1) Выключить насос H1.
2) Открыть К10, К4.
3) Закрыть К1, К3, К5, К8, К9, К11.
4) Через две секунды включить насос Н2 либо на время, заданное оператором, либо до срабатывания ДУ4.
10.5 Режим «Переполнение».
1) При сигнале с ДУ2 о заполнении емкости С2 отключить H1.
2) При исчезновении сигнала с ДУ2 о заполнении емкости С2 с выдержкой от 0,3 до 1 мин включить H1.
3) При сигнале ДУ3 о заполнении емкости С3 отключить Н3.
4) При исчезновении сигнала с ДУЗ о заполнении емкости С3 с выдержкой от 0,3 до 1 мин включить Н3.
5) При сигнале с ДУ4 о заполнении емкости С4 отключить Н2, Н4.
6) При исчезновении сигнала с ДУ4 о заполнении емкости С4 с выдержкой от 0,3 до 1 мин включить Н2, Н4.
10.6 Режим «Кратковременный штатный останов».
1) Выключить насосы Н1-Н4.
2) С выдержкой 2 с закрыть клапаны К1-К11.
10.7 Режим «Полный штатный останов».
1) В режиме 2 полностью удалить ПВ и СВ из емкости С1.
2) Вручную выключить насос H1.
3) Включить Н3 и полностью и удалить содержимое емкости С2.
4) Вручную выключить Н3.
5) Открыть клапаны К1-К11.
6) Вручную открыть вентили В3, В4 и слить воду из емкостей С3, С4.
11 В процессе эксплуатации устройства программа управления:
1) Анализирует и обрабатывает состояния исполнительных механизмов устройства (клапаны К1-К11, насосы H1-Н4, компрессор), а также состояния датчиков уровня, температуры, давления.
2) Выдает управляющие воздействия на клапана К1-К11, насосы Н1-Н4.
3) Время выполнения программы - менее 100 мс, включая сбор, обработку и выдачу управляющих воздействий на исполнительные механизмы.
4) Программа не имеет видимого графического интерфейса и не предоставляет пользователю возможности своего выключения.
12 Осуществить проверку работоспособности устройства, в том числе:
1) Включить устройство и проверить его функционирование.
2) С применением специального аналитического оборудования (дозиметры, концентратомеры и т.д.) проверить качество очистки ПВ и СВ на всех режимах функционирования устройства.
3) После выхода устройства на стационарный режим работы провести проверку его производительности.
13 Выполнить работы по очистке ПВ и СВ, содержащих радиоактивные микрозагрязнения.
14 После окончания работы устройства необходимо выполнить следующие мероприятия:
1) Слить все жидкости из емкостей установки.
2) Удалить весь твердый остаток со стенок емкостей, корпусов фильтров и т.д.
3) Проверить надежность крепления всего оборудования на платформе.
4) Отсоединить стенд от источника электрической энергии.
Как показали испытания устройства, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить повышение уровня радиационной безопасности персонала при эксплуатации устройства, упрощение ТП и повышение эффективности очистки ПВ и СВ от радиоактивных микрозагрязнений, мобильность устройства. Использование фильтрующих элементов на основе спеченного порошка СВМ ПЭ с добавкой 3% (масс.) галлуазита (размер сферических частиц порошка СВМ ПЭ - от 130 до 180 мкм, эффективный размер частиц галлуазита - от 4 до 12 мкм (Фиг. 3)), содержащих систему взаимосвязанных щелевидных пор с размером от 3 до 10 мкм, позволило получить (таблица 3) следующие результаты при очистке модельных растворов водопроводной воды с добавкой хлорида цезия (концентрация - 10-4 моль/литр, продолжительность испытаний - 8 часов). Активацию водных растворов производили потоком тепловых нейтронов в канале реактора ВВР-Ц АО «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» (г. Обнинск, Калужская область). После активации водные растворы хранили при комнатной температуре, на воздухе в отстойной камере реактора ВВР-Ц в течение трех месяцев.
Claims (4)
1. Автоматизированное устройство для очистки природных и сточных вод, содержащих радиоактивные микрозагрязнения, содержащее емкость для сбора очищенной воды, фильтр для очистки ПВ и СВ от радиоактивных микрозагрязнений, систему трубопроводов с насосами для подачи загрязненной и отвода очищенной воды, воздухопровод для подачи сжатого воздуха на стадии регенерации фильтрующих материалов, отличающееся тем, что в состав устройства дополнительно входят:
- фильтрующие элементы на основе нанокомпозиционного материала, изготовленного методом спекания из порошкообразного СВМ ПЭ с добавкой наполнителя - галлуазита в концентрации не более 3% (мас.), которые применяют на стадии предварительной очистки, осуществляемой методом сорбционной микрофильтрации;
- автоматическая система управления технологическим процессом.
2. Автоматизированное устройство по п. 1, отличающееся тем, что его монтируют на передвижной платформе.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150858A RU2680960C2 (ru) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | Автоматизированное устройство для очистки природных и сточных вод, содержащих радиоактивные загрязнения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150858A RU2680960C2 (ru) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | Автоматизированное устройство для очистки природных и сточных вод, содержащих радиоактивные загрязнения |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016150858A RU2016150858A (ru) | 2018-06-25 |
RU2016150858A3 RU2016150858A3 (ru) | 2019-01-15 |
RU2680960C2 true RU2680960C2 (ru) | 2019-03-01 |
Family
ID=62713312
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016150858A RU2680960C2 (ru) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | Автоматизированное устройство для очистки природных и сточных вод, содержащих радиоактивные загрязнения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2680960C2 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4161447A (en) * | 1974-06-13 | 1979-07-17 | Daicel Ltd. | Process for treating waste water containing radioactive substances |
US4756875A (en) * | 1983-09-29 | 1988-07-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Apparatus for filtering water containing radioactive substances in nuclear power plants |
FR2672420A1 (fr) * | 1991-01-31 | 1992-08-07 | Framatome Sa | Procede et dispositif de traitement d'effluents radio-actifs liquides provenant d'une centrale nucleaire. |
RU2357784C2 (ru) * | 2007-12-17 | 2009-06-10 | Александра Анатольевна Ревина | Материал с полифункциональной активностью на основе открыто-пористого полиэтилена, содержащий наночастицы серебра, и способ его получения |
RU2541357C2 (ru) * | 2010-10-15 | 2015-02-10 | Диверсифайд Текнолоджиз Сервисез, Инк | Система очистки концентрата |
-
2016
- 2016-12-23 RU RU2016150858A patent/RU2680960C2/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4161447A (en) * | 1974-06-13 | 1979-07-17 | Daicel Ltd. | Process for treating waste water containing radioactive substances |
US4756875A (en) * | 1983-09-29 | 1988-07-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Apparatus for filtering water containing radioactive substances in nuclear power plants |
FR2672420A1 (fr) * | 1991-01-31 | 1992-08-07 | Framatome Sa | Procede et dispositif de traitement d'effluents radio-actifs liquides provenant d'une centrale nucleaire. |
RU2357784C2 (ru) * | 2007-12-17 | 2009-06-10 | Александра Анатольевна Ревина | Материал с полифункциональной активностью на основе открыто-пористого полиэтилена, содержащий наночастицы серебра, и способ его получения |
RU2541357C2 (ru) * | 2010-10-15 | 2015-02-10 | Диверсифайд Текнолоджиз Сервисез, Инк | Система очистки концентрата |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016150858A3 (ru) | 2019-01-15 |
RU2016150858A (ru) | 2018-06-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7477665B2 (ja) | 有害な放射性同位体除去のための移動式処理システム | |
CN101229949A (zh) | 移动式放射性废水处理设备 | |
CN109346203B (zh) | 核生化洗消废液处理*** | |
CN112233831A (zh) | 放射性污、废水衰变处理***及其处理方法 | |
CN201965936U (zh) | 具有三防功能的放射性污水应急处理*** | |
RU2680960C2 (ru) | Автоматизированное устройство для очистки природных и сточных вод, содержащих радиоактивные загрязнения | |
JP2017187392A (ja) | ポンプ装置 | |
CN101074119B (zh) | 钴源井水循环处理*** | |
CN209312448U (zh) | 一种核生化洗消废液处理*** | |
CA3031631C (en) | Tank closure cesium removal | |
CN201154931Y (zh) | 移动式放射性废水处理装置 | |
CN208970190U (zh) | 一种二次放射性洗消废液的处理*** | |
Brown et al. | Handbook for assessing the impact of a radiological incident on levels of radioactivity in drinking water and risks to operatives at water treatment works: Supporting Scientific Report | |
RU191233U1 (ru) | Установка пробоотборная | |
JP3179346U (ja) | 汚染水浄化装置 | |
JP2024099654A (ja) | 有害な放射性同位体除去のための移動式処理システム | |
MAREI | Atomic Energy Authority | |
Epimakhov et al. | Membrane–sorption technology for reprocessing liquid radioactive waste from nuclear reactors | |
Zhu et al. | Prospect Research on Application of Mobile Liquid Radwaste Treatment Unit in Nuclear Power Plant | |
CN118221318A (zh) | 直饮水再生循环供水*** | |
Milner et al. | Application of Modular Design in Abatement of Fuel Element Debris (FED) Liquid Waste Stream-16635 | |
Bark et al. | BATMAN-Best Available Technique Minimising All Nuclides | |
Kent et al. | Deployment of a Modular Cross-Flow Filter for Radioactive Waste | |
CN109243658A (zh) | 一种二次放射性洗消废液的处理***及处理方法 | |
Walton et al. | Utilization and Application of Kurion Mobile Processing System in Remediation of Radioactively Contaminated Water–16370 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190730 Effective date: 20190730 |